DE3932990A1 - Stone and plaster conservation - by in-situ treatment with aq. lithium poly:silicate soln. - Google Patents
Stone and plaster conservation - by in-situ treatment with aq. lithium poly:silicate soln.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Konservierung von Natursteinen, Naturwerksteinen und historischen Putzen unter Verwendung von Lithiumsilikaten.The invention relates to a method for preservation of natural stones, natural stones and historic plasters below Use of lithium silicates.
Es ist bekannt, daß vor allem historische Bauten, wie Baudenkmäler, Skulpturen oder Ornamente oder auch Mauerwerk aus Natursteinen, sowie Putze durch Umwelteinflüsse besonders stark in Mitleidenschaft gezogen werden. Nicht nur die natürliche Verwitterung, z. B. aufgrund von Regen-, Schnee- oder Sonneneinwirkung, sondern auch die chemische und biologische Verwitterung haben gerade in jüngster Zeit zu einer wesentlichen Zunahme der Schädigungen von Baudenkmälern geführt. Deshalb sucht man schon lange nach geeigneten Konservierungs- und Verfestigungsmaterialien, die dauerhafte Wirkungen besitzen.It is known that above all historical buildings, such as architectural monuments, Sculptures or ornaments or masonry made of natural stones, and plasters by environmental influences particularly strong in Be affected. Not only the natural weathering, z. B. due to rain, snow or sun, but also the chemical and biological weathering have just recently become an essential one Increased damage caused by architectural monuments. That's why one searches for a long time for suitable preservation and Solidifying materials that have lasting effects.
Aus der DE-OS 33 14 475 ist die Verwendung von Natrium-, Kalium- und/oder Lithiumsilikatlösungen unter Zusatz stabilisierender organischer Polymere als Bindemittel für Beschichtungsstoffe, wie Wasserglasfarben, Wasserglasputze, Grundierungen, Wasserglaskitte und Wasserglaskleber bekannt; eine Tiefenverfestigung der behandelten Materialien wird jedoch nicht erreicht.From DE-OS 33 14 475 is the use of sodium, Potassium and / or lithium silicate solutions with addition of stabilizing organic polymers as binders for coating materials, such as water glass paints, water glass plasters, primers, Water glass center and water glass adhesive known; a deepening however, the treated materials are not achieved.
Aus der DE-AS 26 52 421 ist die Herstellung einer Mischwasserglaslösung von Natrium/Kalium mit Lithiumsilikat mit Viskositäten von 10-10 000 mPas bekannt. Mit diesen Lösungen soll u. a. eine Betonimprägnierung vorgenommen werden.From DE-AS 26 52 421, the production of a mixed water glass solution of sodium / potassium with lithium silicate with viscosities of 10-10 000 mPas known. With these solutions u. a. a concrete impregnation be made.
Die bekannte Verwendung von Natron- oder Kaliwasserglas als Abdichtungsmaterial ist auch deshalb nachteilig, weil ausblühfähiges Kaliumcarbonat (Pottasche) bzw. Natriumcarbonat (Soda) auf der Oberfläche der verfestigten Materialien in Kristallform gebildet wird. Weiterhin kann sich besonders mit dem durch Umweltbelastungen erzeugten, beim historischen Putz vorhandenen Calciumsulfat (Gips) lösliches Natrium- bzw. Kaliumsulfat bilden und den Putz gefährden. Beide Salze sind darüber hinaus hygroskopisch bzw. bilden hydratwasserreiche Formen.The known use of soda or potassium water glass as Sealing material is also disadvantageous because efflorescent Potassium carbonate (potash) or sodium carbonate (soda) on the surface of the solidified materials in crystal form is formed. Furthermore, especially with the environmental pollution produced, present at the historical plaster Calcium sulfate (gypsum) form soluble sodium or potassium sulfate and endanger the plaster. Both salts are also hygroscopic or form hydrate-water-rich forms.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Konservierungsverfahren unter Verwendung eines Konservierungsmittels der oben erwähnten Art durchzuführen, dasThe invention is based on the object, a preservation method using a preservative of the above to perform the mentioned type
- - umweltfreundlich ist,- is environmentally friendly,
- - zu keinen bauschädlichen Nebenprodukten führt,- does not lead to harmful by-products,
- - die bauphysikalischen Merkmale des behandelten Materials (z. B. Wasserdampfdiffusion) nicht negativ beeinflußt,- the building physics characteristics of the treated material (eg, water vapor diffusion) not adversely affected,
- - kapillar gut aufgesaugt wird,- capillary is absorbed well,
- - keine farblichen Änderungen des behandelten Untergrunds bzw. des Materials erzeugt und- no color changes of the treated substrate or of the material produced and
- - sowohl in stark porösen, aber auch feinporigen Untergründen, einschließlich historischen Putzen, eine gute Eindringtiefe besitzt und einen hohen Verfestigungsgrad erzeugt.- both in strongly porous, but also fine-pored substrates, including historical plasters, a good penetration depth owns and produces a high degree of solidification.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eine natrium-, kalium- und polymerfreie Lithiumpolysilikatlösung mit einer maximalen Viskosität von 10 mPas, mit einem maximalen Feststoffgehalt von 30 Gew.-% und einem Li₂O/SiO₂-Verhältnis von 1 : 3,5 bis 7 in situ verwendet wird.The object is achieved in that according to the invention a sodium, potassium and polymer-free lithium polysilicate solution with a maximum viscosity of 10 mPas, with a maximum Solids content of 30 wt .-% and a Li₂O / SiO₂ ratio from 1: 3.5 to 7 is used in situ.
Erst die außerordentlich geringe Viskosität der verwendeten Lithiumpolysilikatlösung ermöglicht ein Eindringen des Konservierungsmittels z. B. in feinporige kalzitisch gebundene Sandsteine und sogar Granit. Eine Verfärbung des behandelten Materials tritt nicht auf. Das Mittel ist umweltfreundlich (wäßrig, lösungsmittelfrei) und beeinflußt die bauphysikalischen Merkmale des behandelten Materials nicht negativ. Da das Mittel rein anorganisch aufgebaut ist, entspricht es auch den Ansprüchen der Denkmalpflegeämter und der Restauratoren.Only the extremely low viscosity of the used Lithium polysilicate solution allows penetration of the preservative z. B. in fine-pored calcite bound sandstones and even granite. A discoloration of the treated material does not occur. The agent is environmentally friendly (aqueous, solvent-free) and affects the building physics Characteristics of the treated material not negative. Since that Means purely inorganic, it also corresponds to the Claims of the historic preservation offices and restorers.
Aus der US-PS 44 43 496 und der US-PS 45 21 249 ist es bereits bekannt, Lithiumsilikatlösungen für die Imprägnierung und Strukturierung zementgebundener Oberflächen zu benutzen. Hierdurch erreicht man zwar eine silikatische Beschichtung mit einer Verankerung im Zementuntergrund, nicht dagegen eine Konservierung mit Tiefenfestigung von Natursteinen, deren pH-Wert deutlich unterhalb dem der Zementmatrix liegt. Um die erforderliche Permeierung zu erhalten, wird ein Zusatz von Natriumnaphthalinsulfonatformaldehydkondensat vorgeschlagen. Letzteres ist dunkelbraun gefärbt und führt nach der Applikation zu einer unerwünschten Farbvertiefung des Substrates (Braunfärbung). Weiterhin ist damit die Einführung organischen Materials verbunden. Aufgrund der heutigen Erkenntnisse des mikrobiellen Befalls von Natursteinen muß dies vermieden werden, da sonst die Gefahr der mikrobiellen Zersetzung, verbunden mit sauren Stoffwechselprodukten, besteht.From US-PS 44 43 496 and US-PS 45 21 249 it is already known, lithium silicate solutions for impregnation and Structuring of cementitious surfaces to use. Although this achieves a silicate coating with an anchorage in the cement subsoil, but not one Conservation with deep consolidation of natural stones, whose pH value is significantly lower than that of the cement matrix. To the to obtain required permeation will be an addition of Sodium naphthalene sulfonate formaldehyde condensate proposed. The latter is dark brown in color and leads after application to an undesirable color deepening of the substrate (browning). Furthermore, this is the introduction of organic material connected. Because of today's findings of the microbial If infested with natural stones, this must be avoided otherwise the risk of microbial decomposition, associated with acid metabolic products.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Mittel mit einer Viskosität unter 8 mPas, vorzugsweise unter 4,0 mPas verwendet. Ein besonders bevorzugter Bereich der Viskosität liegt zwischen 3,5 und 2,0 mPas. Der Feststoffgehalt liegt zweckmäßigerweise unter 20 Gew.-% und vorzugsweise zwischen 10 und 5 Gew.-%. Besonders bevorzugt beträgt das Li₂O/SiO₂-Verhältnis 1 : 5,5 bis 6,5. According to a preferred embodiment of the invention, the Agent with a viscosity below 8 mPas, preferably below 4.0 mPas used. A particularly preferred range of Viscosity is between 3.5 and 2.0 mPas. The solids content is suitably less than 20 wt .-% and preferably between 10 and 5 wt .-%. This is particularly preferred Li₂O / SiO₂ ratio 1: 5.5 to 6.5.
Sind Hohlräume auszufüllen, insbesondere hohlliegende Putzflächen zu verfüllen, ist vorzugsweise eine 5-25%ige Lithiumpolysilikatlösung zu verwenden. Verfahrensmäßig wird so vorgegangen, daß das Mittel getränkt, geflutet oder injiziert werden kann; diese Behandlung kann auch mehrmals, z. B. bis zu viermal, vorgenommen werden.Are cavities to be filled, especially hollow plaster surfaces to fill up is preferably a 5-25% Lithium polysilicate solution to use. Procedurally so The agent was soaked, flooded or injected can be; This treatment can also be repeated several times, eg. Up to four times, be made.
Ein stark verwitterter historischer, aus dem 16. Jahrhundert stammender Kalkputz mit einer Schichtdicke von 5-15 mm wird mit einer 7%igen wäßrigen Lithiumpolysilikatlösung mit einer Viskosität von 2,25 mPas zweimal satt getränkt; schon nach ca. 14 Tagen wurde eine durchgehend gleichmäßige Verfestigung erreicht. Nur durch einen erheblichen mechanischen Aufwand konnte der Putz zerbrochen werden. Es waren keine Ausblühungen (weißlicher Belag) nach der Behandlung feststellbar.A heavily weathered historic, 16th century originating lime plaster with a layer thickness of 5-15 mm with a 7% aqueous lithium polysilicate solution with a Viscosity of 2.25 mPas soaked twice full; already after About 14 days became a continuous uniform solidification reached. Only by a considerable mechanical effort The plaster could be broken. There were no efflorescence (whitish coating) detectable after treatment.
Ein stark verwitterter historischer, aus dem 16. Jahrhundert stammender Kalkputz wurde vergleichsweise mit einer bekannten Kaliwasserglaslösung zweimal satt getränkt. Dabei war auf dem Kalkputz eine Krustenbildung und ein weißlicher Belag auf der Putzoberfläche erkennbar. Die Verfestigung nahm von der Oberfläche in Richtung auf das Innere des Putzes hin ab.A heavily weathered historic, 16th century originating lime plaster was compared with a known Potassium silicate solution saturated twice. It was on the Lime plaster a crusting and a whitish coating on the Cleaning surface recognizable. The solidification took off from the surface towards the inside of the plaster.
Nach einem weiteren Vergleich wurde ein stark verwitterter historischer, aus dem 16. Jahrhundert stammender Kalkputz mit einem bekannten, handelsüblichen Kieselsäureester zweimal satt getränkt. Es wurde eine geringere Verfestigung erreicht als bei der Behandlung mit der bekannten Kaliwasserglaslösung nach Beispiel B. Auch hier konnte festgestellt werden, daß die Verfestigung von der Putzoberfläche zum Inneren hin abnahm. Der Putz war auch nach der Behandlung leicht zerbröselbar. After another comparison was a heavily weathered historical lime plaster from the 16th century with a known, commercially available silicic acid ester twice soaked. Less solidification was achieved as in the treatment with the known potash waterglass solution after example B. Here too it could be stated that the Solidification of the plaster surface towards the inside decreased. The plaster was easily crumbled even after the treatment.
Ein stark verwitterter Granitstein mit einer Schichtdicke von 6 cm konnte durch Abreiben mit dem Finger relativ leicht zerkleinert werden. Dieser Granitstein wurde mit einer 10%igen wäßrigen Lithiumpolysilikatlösung mit einer Viskosität von 2,7 mPas und einem Li₂O/SiO₂-Verhältnis von 1 : 4,6 hälftig zweimal getränkt. Schon nach ca. 14 Tagen konnten qualitativ entscheidende Festigkeitsunterschiede festgestellt werden. Die von der Luftseite her behandelte Granitfläche war bis zur Unterseite gleichmäßig gefestigt und konnte nur unter hohem mechanischem Aufwand geringfügig vom Rand her zerstört werden.A heavily weathered granite stone with a layer thickness of 6 cm was relatively easily crushed by rubbing with a finger become. This granite was with a 10% aqueous lithium polysilicate solution having a viscosity of 2.7 mPas and a Li₂O / SiO₂ ratio of 1: 4.6 halves twice soaked. Already after about 14 days qualitatively decisive Strength differences are found. The of the granite surface treated to the air side was down to the bottom evenly consolidated and could only under high mechanical Costs are slightly destroyed from the edge.
Die Wirksamkeit von Steinkonservierungs- bzw. Steinverfestigungsmitteln wird durch Überprüfung der MerkmaleThe effectiveness of stone conservation or stone strengthening agents is by checking the features
- - biaxiale Biegezugfestigkeit,biaxial flexural strength,
- - Reduktion des Porenraumes,- reduction of the pore space,
- - Reduktion der Wasseraufnahme,- reduction of water absorption,
- - Einfluß auf die hygrische Längenänderung und- influence on the hygric change in length and
- - Änderung des Wasserdampfdiffusionsverhaltens- Change of the water vapor diffusion behavior
festgestellt.detected.
Ein wesentliches Merkmal der Wirksamkeit des Verfestigungsmittels ist die kapillare Aufnahmefähigkeit.An essential feature of the effectiveness of the solidifying agent is the capillary absorption capacity.
Die nachfolgend aufgeführten Ergebnisse sind mit in der Fachwelt bekannten Untersuchungsmethoden ermittelt worden.The results listed below are among the experts been determined by known examination methods.
Zur Prüfung der kapillaren Steighöhe wurde an einem Bohrkern mit einer Höhe von 10 cm beim Rüthener Sandstein eine Höhe von 10 cm festgestellt, d. h. der Stein war vollständig kapillar getränkt. Nachgewiesen wurde dies durch Besprühen des Bohrkernes mit einer 0,1%igen Phenolphthaleinlösung. Die Lithiumpolysilikatlösung besaß einen pH-Wert von ca. 9,8-10,0 (je nach Verdünnungsgrad) und führte deshalb zur Rotviolettfärbung der Phenolphthaleinlösung. Das Li₂O/SiO₂-Verhältnis betrug 1 : 6,1 bei einem Feststoffgehalt von 21%.To test the capillary rise height was on a drill core with a height of 10 cm at the Rüthener sandstone a height detected by 10 cm, d. H. the stone was completely capillary soaked. This was proven by spraying the drill core with a 0.1% phenolphthalein solution. The lithium polysilicate solution possessed a pH of about 9.8-10.0 (each by degree of dilution) and therefore led to red violet staining the phenolphthalein solution. The Li₂O / SiO₂ ratio was 1: 6.1 at a solids content of 21%.
Zur Prüfung der Reduktion des Porenraumes wurde wie folgt vorgegangen:To test the reduction of the pore space was as follows The procedure:
Der Wasserdampfdiffusionswiderstandskoeffizient wurde nach zwei Methoden ermittelt, nämlich nach der dry-cup-Methode und nach der wet-cup-Methode.The water vapor diffusion resistance coefficient became after determined two methods, namely the dry-cup method and after the wet-cup method.
Nachfolgende Werte nach beiden Methoden wurden ermittelt:The following values were determined by both methods:
Der Einfluß auf die Wasserdampfdiffusionsfähigkeit ist von entscheidender Bedeutung für das Verhalten geschädigter Sandsteine. Da die Porosität, d. h. die Porengeometrie und die Radienverteilung in Natursteinen nicht reproduzierbar vorliegt, kann nur durch eine Vielzahl von Versuchen das Ergebnis statistisch gesichert werden. Viel einfacher und mit wesentlich geringerem Aufwand verbunden ist die Prüfung an definierten Glasfritten, d. h. Glasfritten definierter Porosität. Auch hier wurde wieder die Wasserdampfdiffusion bzw. der Wasserdampfdiffusionskoeffizient µ nach der dry-cup- und der wet-cup-Methode ermittelt.The influence on the water vapor diffusion ability is of crucial for the behavior of damaged sandstones. Since the porosity, d. H. the pore geometry and the Radiation distribution in natural stones is not reproducible, can only by a variety of experiments the result statistically be secured. Much easier and with much less Expenditure is connected to the test on defined glass frits, d. H. Glass frits of defined porosity. Again, it was here again the water vapor diffusion or the water vapor diffusion coefficient μ determined by the dry-cup and the wet-cup method.
Nachfolgend Werte, ermittelt an Glasfritten D 4: Below values, determined on glass frits D 4:
Durch die Reduktion des Porenraumes ist auch eine Reduktion des Wasseraufnahmeverhaltens zu erwarten. Aus Gründen der Reproduzierbarkeit wurden wiederum Glasfritten mit einer definierten Porengeometrie (Bezeichnung D 4) verwendet.By reducing the pore space is also a reduction to expect the water absorption behavior. For reasons of reproducibility were again glass frits with a defined Pore geometry (designation D 4) used.
Nachfolgend die Werte:Below are the values:
Um festzustellen, inwieweit die kapillare Saugfähigkeit zu einer Bindemittelzuwachserhöhung geführt hat, eignen sich sowohl grob- bis mittelporige Sandsteine, vielmehr aber wiederum die zuvor beschriebene Glasfrittenqualität.To determine to what extent the capillary absorbency too a binder increase increase has led, are suitable Both coarse to medium-pored sandstones, but rather again the glass frit quality described above.
Nachfolgende Werte wurden mit der Glasfrittenqualität D 4 ermittelt:The following values were obtained with glass frit quality D 4 determined:
Li₂O/SiO₂-Verhältnis in beiden Fällen: 1 : 5,8.Li₂O / SiO₂ ratio in both cases: 1: 5.8.
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